新型可回收聚合物材料有一天可以帮助减少塑料垃圾

数亿吨 每年都有 10% 的一次性塑料最终进入垃圾填埋场，即使是一小部分被回收的塑料也无法永远使用。但我们的材料科学家小组开发了一种新的方法来制造和解构聚合物，这种方法可以生产更容易回收的塑料——不需要你在垃圾日仔细分类所有回收的塑料。

自诞生以来的一个世纪里，人们已经开始了解塑料对人类生活和环境的巨大影响（有益的和有害的）。作为一个 聚合物科学家小组 我们致力于为现实世界的问题发明可持续的解决方案，通过重新思考聚合物的设计方式和制造具有可回收性的塑料来解决这个问题。

无论如何，为什么要使用塑料？

牛奶罐、杂货袋、外卖容器甚至绳子等日常用品都是由一类材料制成的 称为聚烯烃的聚合物. 。聚烯烃组成周围 塑料的一半 每年都会产生和处置。

这些聚合物用于塑料中，通常标记为 HDPE、LLDPE 或 PP，或分别标记为回收代码 #2、#4 和 #5。这些塑料非常耐用，因为 化学键 组成它们的物质极其稳定。但在一个一次性消费的世界中，这不再是一个设计特征，而是一个设计缺陷。

想象一下，如果今天使用的一半塑料可以通过两倍于现在的工艺进行回收。虽然这并不能让回收率达到 100%，但只是个位数的跃升 – 目前约为9% – 达到两位数将对塑料的生产、环境中积累的塑料及其回收和再利用的能力产生重大影响。

我们已有的回收方法

即使是进入回收设施的塑料 不能重复使用 与以前的使用方式完全相同——回收过程会降解材料，因此失去了效用和价值。制造商不必制造每次回收后都会降级的塑料杯，而是可以一次性制造塑料，收集它们并不断重复使用。

传统的回收需要对所有收集到的材料进行仔细分类，这对于多种不同的塑料来说可能很困难。在美国，收集主要通过 单流回收 – 从金属罐、玻璃瓶、纸板箱到塑料杯的所有物品最终都会被放入同一个垃圾箱中。将纸张与金属分离不需要复杂的技术，但将聚丙烯容器与聚乙烯牛奶罐分开是很难避免偶尔出现错误的。

当两种不同的塑料在回收过程中混合在一起时，它们的有用性能会大大降低 - 甚至达到 让他们变得毫无用处.

但是假设您可以通过不同的方法回收其中一种塑料，因此它最终不会污染回收流。当我们将聚丙烯样品与我们制造的聚合物混合时，我们 仍能解聚 – 或分解材料 – 并重新获得我们的构建模块，而不会对聚丙烯产生化学影响。这表明受污染的废物流仍然可以恢复其价值，并且其中的材料可以继续以机械或化学方式回收。

我们需要的塑料——但更可回收

在 2023 年 10 月发表的一项研究, ，我们的团队开发了一系列仅由两种简单结构单元（一种软聚合物和一种硬聚合物）组成的聚合物，它们模仿了聚烯烃，但也可以进行化学回收。

将两种不同的聚合物多次连接在一起，直到形成单个长分子，从而产生所谓的 多嵌段聚合物. 。只需调整每种聚合物类型进入多嵌段聚合物的量，我们的团队就创造出了各种具有跨越聚烯烃类型特性的材料。但制造这些多嵌段聚合物说起来容易做起来难。

为了连接这些硬聚合物和软聚合物，我们 适应了一种技术 以前仅用于非常小的分子。该方法相对于 20 世纪 20 年代开发的逐步制造聚合物的传统方法进行了改进，其中分子末端的反应基团需要精确匹配。

在我们的方法中，反应基团现在彼此相同，这意味着我们不必担心将每个结构单元的末端配对来制造可以与我们已经使用的聚烯烃竞争的聚合物。使用相同的策略，通过添加氢气反向应用，我们可以将聚合物重新连接回它们的构建块，并轻松地将它们分离以再次使用。

与一个几乎 每年塑料使用量增加两倍 预计到 2050 年，塑料回收的复杂性和数量只会增加。这是设计新材料和产品时的一个重要考虑因素。

仅使用两种构建模块来制造具有多种特性的塑料，可以大大减少和简化用于制造我们所需产品的不同塑料的数量。我们不需要用一种塑料来制造柔韧的东西，用另一种塑料来制造坚硬的东西，再用第三种、第四种和第五种塑料来制造介于两者之间的特性，我们只需改变每个构建块的含量即可控制塑料的行为。

尽管我们仍在回答有关这些聚合物的一些重大问题，但我们相信这项工作是朝着更可持续塑料的正确方向迈出的一步。

我们是 能够创造材料 模仿世界所依赖的塑料的特性，我们现在的目标是创造现有方法无法实现的塑料成分。